Nuevas tecnologías de conservación de alimentos
Altas presiones hidrostáticas
Pulsos eléctricos de alto voltaje
Campos magnéticos oscilantes
Pulsos de luz
Ultrasonidos: mano-termo-sonicación
Nuevos compuestos antimicrobianos
Objetivos

Conocer los fundamentos y limitaciones del empleo de
altas presiones hidrostáticas en tecnología de alimentos

Conocer algunas de las instalaciones actualmente
utilizadas en la industria alimentaria

Conocer los usos actuales y las aplicaciones potenciales
de esta tecnología
Altas presiones hidrostáticas

Introducción

Efecto de las altas presiones sobre los
constituyentes de los alimentos

Inactivación enzimática por altas presiones

Inactivación microbiana por altas presiones

Instalaciones de altas presiones

Usos actuales y aplicaciones potenciales en la
industria alimentaria
Objetivos de la conservación de los alimentos



Prolongar la vida útil de los alimentos
Garantizar la salubridad de los alimentos
Suministrar alimentos de elevada calidad nutritiva y
organoléptica
Agentes de alteración de alimentos



Agentes físicos
Agentes químicos
Agentes biológicos
- Enzimas endógenos
- Microorganismos
Técnicas tradicionales de conservación de
alimentos
Técnicas basadas en la eliminación de microorganismos
– Filtración
– Decantación
– Centrifugación
– Filtración esterilizante (ultrafiltración)
Técnicas basadas en el control del metabolismo microbiano
– Conservación por frío
– Descenso de la aw
– Acidificación
– Atmósferas controladas
– Adición de conservantes
Técnicas basadas en la destrucción de microorganismos
– Altas temperaturas
La conservación de
alimentos por AP
Fundamento:
Someter al alimento a presiones
ultraelevadas (entre 100 y 1000 MPa)
durante periodos de tiempo
determinados (generalmente entre 1 y
30 min) a temperatura próxima a la
ambiental
5000 Kg
5000 Kg
Esta presión
equivale a 1000
MPa
1 cm2
La aplicación de altas presiones logra extender la vida útil de los
alimentos, manteniendo su sabor, aroma, color y valor nutritivo.
Evolución histórica
1884/1895
Primeras investigaciones sobre el efecto de las altas presiones en los
microorganismos (Certes / Royer)
1899/1914
Se estudia la conservación de distintos alimentos (Hite y col.)
1970
Se estudia el efecto de las altas presiones sobre la inactivación y
germinación de esporos bacterianos (Gould y Sale)
1980
Se inician investigaciones en Japón
1990
La Unión Europea financia varios proyectos
•High Hydrostatic Pressure treatment: Its impact on spoilage
organisms, biopolymer activity, functionality and nutrient
composition of food systems (AIR1-CT 92-0296)
•High pressure treatments of liquid foods and derivate products
(FAIR-CT96-1113)
•Combined high pressure-thermal treatment of foods: a kinetic
approach to safety and quality evaluation (FAIR-CT96-1175)
Causas que han impulsado el desarrollo
de las altas presiones
 Demanda por parte del consumidor de alimentos
mínimamente procesados.
 Desarrollo experimentado por
generación de altas presiones.
la
tecnología
de
PRINCIPIO ISOSTATICO
La presión ejercida sobre un líquido se transmite
instantáneamente y con la misma intensidad en todas las
direcciones y sentidos
Presión
Unidireccional

Presión
Hidrostática
La presión hidrostática es exactamente la misma en todos los puntos del medio.
La intensidad del tratamiento es independiente del volumen o de la masa de producto a
procesar.

PRINCIPIO DE LE CHETALIER
Los procesos asociados a una reducción del volumen son
favorecidos por un aumento de la presión, mientras que los
procesos asociados a un aumento de volumen son inhibidos
Efectos de las altas presiones sobre el agua

Compresibilidad
A 22°C, el volumen se reduce un 4 % a 100 MPa y un 15 % a 600 MPa

Descenso del pH
0,73 unidades al presurizar a 100 MPa a 25°C

Incremento de la temperatura
2 - 3°C por cada 100 MPa de aumento de presión

Modificación de la tª de congelación
A 210 MPa el agua congela a -22°C
Aplicaciones prácticas:
 Posibilidad de descongelar muestras biológicas entre -20 y 0°C,
rápida y uniformemente
 Almacenamiento de muestras biológicas en estado líquido a
temperaturas entre 0 y -20°C
 Congelación ultrarrápida presurizando hasta 200 MPa, enfriando
hasta -20ºC y descomprimiendo
Efecto de las altas presiones sobre los enlaces
moleculares
Ruptura de enlaces iónicos y algunos hidrofóbicos (por electroconstricción)
 Estabilización de enlaces por puentes de hidrógeno
 No afectan a los enlaces covalentes
Consecuencias:
 No se ven afectadas las moléculas pequeñas:
aminoácidos, vitaminas, pigmentos, etc.
 Modificación de la estructura tridimensional de moléculas grandes y
complejas:
proteínas, almidón, etc.
Efectos de las altas presiones sobre las proteínas
 estructura primaria y secundaria:
permanecen estables
 estructura terciaria y cuaternaria:
cambios conformacionales
cambios en el grado de solvatación
Proteína
Nativa
Proteína Desnaturalizada
H
O
H
H
O
H
H
H
O
H
H
H
O
O
H
H
O
H
Efectos de las altas presiones sobre las proteínas
Consecuencias:
 disociación de proteínas poliméricas
 desplegamiento parcial


desnaturalización
aumento de la digestibilidad
 agregación proteica
 gelificación
Factores que influyen:
pH y fuerza iónica del medio
 temperatura
 estructura proteica

Efectos de las altas presiones sobre otros
componentes de los alimentos

Almidón
 más susceptible a las amilasas
 conserva su estructura granular al gelatinizar

Ácidos nucleicos
 resistentes a las altas presiones

Lípidos
 aumenta la temperatura de fusión 10°C cada
100 MPa
Conservación de alimentos por altas presiones
hidrostáticas

Inactivación de determinadas enzimas

Efecto letal sobre los microorganismos
Inactivación enzimática por altas presiones
Resistencia
muy variable
 Características del medio
 Intensidad del tratamiento
 Tipo de enzima
 ATPasas y Deshidrogenasas, sensibles
 Enzimas de origen vegetal, resistentes
Pectínmetilesterasas, Peroxidasas, Polifenoloxidasas
600MPa, 20 min
400MPa, 15 min
Inactivan 60% de Pectílmetilesteras
Alimento microbiológicamente estable
 Consecuencia:
 Necesidad de combinar las altas presiones con otro método de
conservación para conseguir un alimento estable:
 calor
 adición de inhibidores enzimáticos
Inactivación enzimática por altas presiones
hidrostáticas
Efecto de la intensidad del tratamiento
Log actividad enzimática

300 MPa
400 MPa
600 MPa
Tiempo
Destrucción de microorganismos por altas
presiones
Resistencia muy variable
 Condiciones de tratamiento
 Presión
 Temperatura
 Tiempo
 Velocidad de compresión y descompresión
 Características del medio de tratamiento
 pH
 aw
 Composición del alimento
 Características de los microorganismos
 Fase de crecimiento
 Tipo de microorganismo
Influencia del medio de tratamiento en el efecto de
las altas presiones
Listeria monocytogenes (375 MPa, 15 min, 20 °C)
9
1x10
N0
Nº de supervivientes
1x108
1x107
1x10
6
1x105
4
1x10
1x10
3
1x10 2
1x10
1
1x100
Tampón
pH7
Carne de
pollo
Leche
(Patterson et al., 1995)
Inactivación microbiana por altas presiones
Sensibilidad
levaduras
Gram virus complejos
mohos
Gram +
Se inactivan a
200 - 400 MPa
ascosporas (mohos)
Se inactivan a
400 MPa
Byssochlamys
esporos bacterianos
Resistencia
Resisten hasta
700 MPa / 15 min
Resisten hasta
1200 MPa
Efecto de las altas presiones en distintos
microorganismos
Nº de Supervivientes
(300 MPa, 20 °C, 20 min, pH 7)
1x109
1x108
1x107
N0
1x106
1x105
1x104
1x103
1x102
1x101
1x100
E. coli
S. aureus
B. cereus
P. aeruginosa
S. cerevisiae
(Cheftel, 1995)
Efecto de las AP en las esporas bacterianas

Resisten hasta 1200 MPa a temperatura ambiente, pero se
pueden destruir a temperaturas más altas

Germinan a 50 - 400 MPa. Una vez germinadas, se inactivan de
modo similar a las células vegetativas
 Problema: presencia de esporas superlatentes

Se puede conseguir la destrucción completa mediante la
aplicación de ciclos de presión a temperaturas elevadas
Efecto de la temperatura en la
inactivación de B. cereus a 690 MPa
Nº de supervivientes
1,E+08
1,E+07
1,E+06
20ºC
40ºC
60ºC
1,E+05
1,E+04
1,E+03
1,E+02
1,E+01
1,E+00
0
4
8
Tiempo (min)
12
16
Mecanismo de inactivación microbiana por APH

Cambios en la morfología de las células
- Compresión de vacuolas de gas
- Alargamiento de las células
- Modificaciones del citoesqueleto
- Modificación de orgánulos citoplasmáticos
Coagulación de proteínas citoplasmáticas

Inhibición e inactivación de algunos enzimas

Modificación de la permeabilidad celular
- Cristalización de los lípidos de membrana
- Formación de poros
- Liberación de componentes intracelulares
- Inactivación de ATPasas de membrana
- Descenso del pH citoplasmático

Daño celular
Componente lipídico
Log UFC/ml

4
3
2
1
0
0
1
2
Presión
3
4
Procesos Combinados con Altas Presiones





Altas presiones y temperatura
Ciclos de presión
Altas presiones y antimicrobianos
Altas presiones y CO2
Altas presiones con:
pulsos eléctricos
campos magnéticos
Combinación de AP y compuestos antimicrobianos
Escherichia coli (270 MPa, 15 min, 25 °C)
Nisina (100 UI/ml)
Lisozima (10 g/ml)
Nisina
(N)
Lisozima
(L)
Nº de supervivientes
1x10 9
1x10 8
7
1x10
1x10 6
1x10 5
1x10 4
1x10 3
Altas
presiones
(AP)
AP+N
AP+L
AP+N+L
1x10 2
1x10 1
1x10 0
( Hauben et al, 1996)
Componentes de una instalación de AP




Cámara en la que se aplica el tratamiento
Sistema de generación de presión
Dispositivo de control de las condiciones de tratamiento
 presión
 tiempo
 temperatura
Sistema de transporte del producto
Preparación
del producto
Planta de Procesado
por Altas Presiones
Extracción
del zumo
Almacenamiento
Llena
do
Vaciado
Cámara de tratamiento
Alambre
bobinado
Cierre
final
Cilindro
central
forjado
Alambre
bobinado
Marco
Alimento
bajo presión
Medio de
presurización
Entrada
Tipos de construcción de cámaras de tratamiento
Acero
preesforzado
Doble
cilindro
Bobina de
alambre
Cierre a rosca
Marco
Sistemas de generación de altas presiones
hidrostáticas
Pint = Pext x (Sext /Sint )
Sistema Directo
Sistema Indirecto
Características de un buen equipo de AP





Capacidad para tratar grandes volúmenes de
alimento a presiones elevadas
Ciclo de trabajo corto
Facilidad para la limpieza y la esterilización
Seguridad en el manejo
Sistema preciso de control del proceso
Presión (MPa)
100
200
410
550
690
1.030
1.380
Volumen (L)
9.000
3.150
1.250
700
37
8,5
3,5
(Mertens y Deplace, 1991)
Tipos de Tratamientos
Proceso discontinuo
 Alimentos envasados (en envases flexibles) EVOH, PVOH
 alimentos sólidos y líquidos
 menores riesgos de contaminación
 instalaciones sencillas
 ciclo de trabajo largo

Alimentos a granel
 mayor eficiencia en el llenado
 ciclos de trabajo más cortos
 sólo fluidos bombeables
 precaución con alimentos ácidos
 instalaciones más complejas
Procesado semicontinuo de líquidos a granel
Válvulas
1 2
Alimento
Pistón
Agua presurizada
Productividad



Número de ciclos por cámara de tratamiento y por
hora
Volumen de la cámara y volumen útil
Número de unidades del sistema
Costes
Equipo (215 L / 690 MPa ):
Producción (5 unidades ):
Depreciación:
Costes por kilo:
650 M. ptas
70.000 Tm / año
10 años
16 ptas/ kg
Aplicaciones Actuales
Producto
Mermeladas,
postres de frutas,
gelatinas
Condiciones de tratamiento
400 MPa, 10-30 min, 20ºC
Compañía
Meidi-ya, Japón
Pokka Corp.,
Japón
Wayakama Food
Zumo de mandarina 300-400 MPa, 2-3 min 20ºC
Ind, Japón
Fuji Ciku
Carne
100-150 MPa, 30-40 min, 20ºC
Mutterham, Japón
(ablandamiento)
Zumo de pomelo
400 MPa, 10-30 min, 20ºC
Salsa de guacamole
700 MPa, 600-800 l/h
Avomex, USA
Zumo de naranja
500 MPa, 5-10 min
Ultifruit, Francia
Ostras
300 MPa, 5-15 min, 25ºC
Motivatit, USA
Jamón cocido
400 MPa
Espuña, España
Aplicaciones de las altas presiones
Conservación de alimentos
Usos actuales
- Procesado de zumos, mermeladas, etc.
- Acelerar la maduración de la carne
- Conservación de alimentos tipo emulsión (salsas, etc.)
Usos potenciales
- Conservación de aceites esenciales, especias, etc.
- Tratamiento de Derivados Lácteos
- Reemplazar la adición de SO2 en vinos
- Esterilización de alimentos
Preparación de alimentos
Formación de geles:
- Pasta de surimi
- Geles de proteínas del huevo
- Geles lácteos
Perspectivas de futuro

Los costes y limitaciones de esta tecnología no hacen previsible
su uso a gran escala

Sin embargo ofrece alternativas para:
» higienización de productos de alto valor añadido y/o
sensibles al calor
» preparación de alimentos con unas características
reológicas determinadas
Bibliografía
Libros
Barbosa-Cánovas, et al. (1999) Acribia.
Internet
ACB Pressure Systems: www.acb-ps.com
Engineered Pressure Systems: www.epsi-highpressure.com
Flow International Co.: www.flowcorp.com
Ohio State University: grad.fst.ohio-state.edu
UK High Pressure Club for Food Processing: www.highpressure.org.uk
Sistemas de generación de altas presiones
hidrostáticas
Sistema Indirecto
Sistema Directo
Pint = Pext x (Sext /Sint )
Equipos de Laboratorio
Engineered Pressure Systems
Características
Volumen: 0,6 Litros
Presión: 600 MPa
Temperatura: hasta 90ºC
Instituto del Frío (CSIC), Madrid
ACB
Características
Volumen: 2 Litros
Presión: 500 MPa
Equipos Industriales
Avomex (EEUU): Procesado de Guacamole
Flow International
Corporation
Características
Volumen: 215 Litros
Presión: 600 MPa
ACB: ACIP 5000/50/28 HB
Características
Diámetro interior: 28 cm
Volumen: 50 Litros
Presión: 500 MPa
Temperatura: -20 a 80ºC
Flow International Corporation
Características
3 Cámaras de tratamiento
Procesado semicontinuo
Equipos Industriales
Espuña (España): Procesado de Jamón Cocido Envasado al Vacío
ACB: ACIP 4000/320/28 HB
Características
Longitud total: 18,5 m
Peso : 44.000 kg
Diámetro interior: 28 cm
Diámetro exterior: 80 cm
Volumen: 320 Litros
Datos
de400
Producción
Presión:
MPa
Ciclos de 15 minutos
4 ciclos x hora
125 kg x ciclo
500 kg x hora
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efecto altas presiones - Instituto de Agroquímica y Tecnología de